第６期 ２０１１年６月 组合机床与自动化加工技术 Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ＮＯ．６ Ｊｕｎ．２０１１ 文章编号：１００１—２２６５（２０１１）０６—００８５—０２ 柔性制造单元上下料机构的改进设计 王世鹏 ，解艳彩 ，闫雪峰 （１．大连华根机械有限公司，大连辽宁ｌ １６６２０；２．大连理工大学机械工程学院，大连辽宁１ １６０２４） 摘要：介绍了柔性制造单元（ＦＭＣ）上下料机构常采用的齿轮齿条传动、液压传动等直线传动形式；直 线类型上下料驱动结构，对空间要求较多，且结构布置不灵活。在原有结构基础上提出了链式结构 的柔性制造单元上料机构，该机构较好的避免了原结构的不足，且具有结构简单、易生产和维护等优 点。 关键词：柔性寺ｌ３造单元；上下料机构；直线传动；链式结构 中图分类号：ＴＨ１１４ 文献标识码：Ａ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ Ｕｎｌｏａｄｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｅｌｌ ＷＡＮＧ Ｓｈｉ—ｐｅｎｇ ．ＸＩＥ Ｙａｎ—ｃａｉ ．ＹＡＮ Ｘｕｅ—ｆｅｎｇ （１．Ｄａｌｉａｎ Ｄｒａｇｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ ＣＯ．ｈｄ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １６６２０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １ ６０２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｂｏｕｔ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｅｌｌ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ａｄｏｐｔｅｄ ｌｉｎｅ‘ ａｒ ｄｒｉｖｅ ｓｕｃｈ ａｓ ｇｅａｒ ａｎｄ ｒａｃｋ－ｄｒｉｖｅｎ，ｆｌｕｉｄ ｄｒｉｖｅ．Ｔｈｅｓｅ ｌｉｎｅａｒ ｄｒｉｖｅｓ ｔａｋｅ ｕｐ ｔｏｏ ｍｕｃｈ ｒｏｏｍ，ａｎｄ ａｒｅ ｃｈａｒ。 ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｈａｎｄｙ ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｃｈａｉｎ ｄｒｉｖｅ．Ｉｔ ａｖｏｉｄｓ ｔｈｅ ｄｉｓ‘ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ｄｒｉｖｅ．Ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｉｍｐ ｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅａｓｙ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｅｔｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｃｅｌｌ；ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｌｉｎｅａｒ ｄｒｉｖｅ；ｃｈａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ０ 引言 柔性制造单元（ＦＭＣ）一般南ｌ～２台数控机床 具有很强的通用性。本文分析了柔性制造单元的直 线传动形式，针对其结构特点提出了改进的链式结 构的柔性制造单元上料机构，该机构较好的避免了 与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元 控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测 工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批 量生产应用。近年来，柔性制造单元得到迅速发 展 。 原结构的不足，且具有结构简单、易生产和维护等优 点。 ｌ直线传动形式 柔性制造单元的上下料机构常采用齿轮齿条传 动、液压传动等直线运动彤式 。 如图１所示为齿轮齿条传动的上下料机构简 图，驱动齿轮逆时针旋转带动齿条向左运动，安装在 齿条上的连杆随之顺时针摆动，打开托盘压紧装置， 交换托盘，驱动齿轮顺时针旋转带动齿条向右运动， 安装在齿条 的连杆随之逆时针摆动，托盘压紧装 置闭合，压紧托盘，实现上料过程。下料过程，则反 之 大连机床集团在走从“引进”到“创新”的发展道 路上，不断研发新产品，在国内率先研发柔性制造单 元。柔性制造单元的上下料机构常采用齿轮齿条传 动、液压传动等直线传动形式；直线类型上下料驱动 结构，对空间要求较多，且结构布置不灵活。柔性制 造单元的研发过程中产生了许多创新结构，柔性制 造单元的链条驱动推拉传动上料机构就是其中一 个，该结构占用空间小，且结构布置灵活，应用广泛、 收稿日期：２０１０—１０—０８ 基金项目：高档数控机床与基础制造装备科技重大专项（２００９ＺＸ０４００１～０１１） 作者简介：王世鹏（１９８Ｏ一），男，河南濮阳人，大连华根机械有限公司工程师，博士，主要研究方向为数控机『未设计，机械振动及可靠性，（Ｅ ｍａｉｌ）ｃａｉｐｅｎｇ９００９＠１６３ ＣＯＦＩ１。 ・８６・ 组合机床与自动化加工技术 第６期 ｉ ｓ 口Ｗ 。／／ ＼、 ｌ一 ， 由 ／ 击 同酃 ．１．１ ＩⅢＩ Ｉ， ， Ｉ 。 ｌｌＩ 、＾ ｖ、＾， ｖ、Ｍ ｖ、＾，ｖ、 ‘＾＾，ｗ ＾，ｖ、＾Ｌ—ｌＪ ｌ ／ ，／／／／ ＾－’－・ … … ＬＬ Ｉ： 一 ＼、 Ｎ ｌ ｌ ＼ １．驱动齿轮２．齿条３．托盘座４．托盘 图１ 齿轮齿条传动的上下料机构简图 如图２所示为液压传动的上下料机构简图，气 缸带动气缸力臂运动，气缸力臂带动安装在其上的 连杆绕连接轴运动，从而实现托板压紧装置的开闭， 交换托盘，实现上下料过程。 １．气缸２．气缸力臂３．托盘座４．托盘 图２液压传动的上下料机构简图 如图３所示为直线传动上下料驱动结构布置示意 图，可以看出其对空间要求较多，且结构布置不灵活。 １．环形交换工作台２．托盘座３．托盘４．卧式加工中心５．托盘交抉装置 图３ ＦＭＣ托盘交换结构布置示意图 ２链式传动形式 由于直线传动上下料机构具有明显的缺点，因 此设计了链式传动形式的上下料机构，该机构相对 于直线传动形式具有明显的优点 。 如图４所示，驱动链轮３推动链条运动，链条沿 上下料轨道运动，同时压板１压紧滚轮４，压板和上 下料轨道控制链条沿上下料轨道运动，实现链条的 “推”动作，“推”动作实现原理如图５所示。 １ ２ １．托盘２．托盘座３．驱动链轮４．托盘基座５．链条 图４上下料的链式驱动结构 ２ ３ ４ １．压板２．上下料轨道３．链条４．滚轮 图５链条的“推”动作实现原理 链式传动可以实现柔性制造单元的环形交换工 作台的灵活布置结构，如图６的ａ和ｂ所示。 母盘 （ａ） 商 图６ ＦＭＣ托盘交换结构布置示意图 ３ 结束语 本文所提出的链条驱动推拉传动上料机构，链 条的“推”动作实现，防止链条翻摆，（下转第９０页） ・９０・ 组合机床与自动化加工技术 工进时间： １７．６ｓ。 第６期 ＝Ｌ／Ｓｍ＝２６／８８．５＝０．２９４ｍｉｎ＝ 小孔定位销可以推动时，此压力需在安装时调试，当 需要让刀时，夹具上方的油缸推动让刀机构中的锥 体，从而沿水平方向推动两个推杆，进而推动工件沿 小孔端定位销转动，转动到工件靠在旁边的死定位 块上，工件正好离开刀尖时，接近开关发信号后，数 控滑台后退，刀具退出工件。 （６）刀辅具 快进速度：Ｖｋ＝８０００ｍｍ／ｍｉｎ， 快进行程：Ｌｋ＝３００ Ｘ２ｒａｍ， 工进时间：Ｔｋ＝Ｌｋ／Ｓｋ＝３００ Ｘ ２／８０００＝０．０６ｍｉｎ ：４．５ Ｓｏ 机加时间（快进、工进、快退总时间）：Ｔ＝ ＋ ＝２２．１ Ｓ。 机床加工形式为干式加工。采用瓦尔特Ｔ９１１． ４０非标精镗孔、倒角专用镗杆。该镗杆上镗孔刀为 精密可微调镗刀刀夹ＦＲ７１０，可轴向和径向按刻度微 调，每格０．０１ｍｍ。倒角刀片直接安装在刀杆上。这 ５机床安全方面 机床设计有安全保护装置：紧急停止、互锁功 就更有利于保证工件的精度要求，另外，镗孔和倒角 刀片均为瓦尔特ＣＣＧＴ０６０２０４一ＰＦ５ ＷＰＰ２０。 能、ＰＬＣ报警、故障诊断等内容。 机床配置机床三色工作灯，根据加工状态，显示 不同颜色的指示灯。 镗头端部连接接口为短锥及端面定位，螺钉连接， 有效的保证了刀具的整体刚性。主轴与镗杆间设计专 用过渡接杆。镗杆与过渡接杆位直柄侧固连接。 ６ 结束语 本文介绍了精加工摩托车连杆大端孑Ｌ镗床的设 计，在对被加工工件进行分析研究的基础上确定了 镗头吹气启动 冲屑系统启动 （７）机床的动作循环（见图６） 机床的整体配置、工件的夹 紧形式、定位方式、刀具的结 构及让刀机构的让刀方式 等，经过实践证明，此精镗床 不仅速度快、效率高，而且加 工出零件的各项精度都达到 外包装门关闭 —————－－－－—————————————● 圭 皇蔓 ． 数控滑台快进 大端定位销吹气启 数控滑台工进 数控滑台快退２ｍｍ 大端定位销孔伸出 塞兰 主轴停转并定位 数控滑台快退２Ⅱｍ 墨 Ｈ＜ 人工下料制 了用户要求，此机床为以后 数控滑台快退回原位 此类机床的设计提供了宝贵 经验。 ［参考文献］ ［１］大连组合机床研究所．组合 机床设计［Ｍ］．北京：机械工 、Ｉ 出版社，１９７５． ！ Ｉ———＿＿ｊ．哭具兴累稠舡堪删 夹具夹紧油缸退回 图６机床动作循环图 （８）机床节拍的核算 切削参数：精镗、倒角切削速度Ｖ＝２０Ｏｒｅ／ｒａｉｎ， 主轴转速／７，＝１７７１／ｍｉｎ，刀具每齿进给速度Ｓｒ＝ ０．０５ｍｍ，滑台进给速度Ｓｍ＝８８．５ｒａｍ。 工进行程：Ｌ＝５（切入量）＋ｌ６（加工量）＋５（切 出量）＝２６ｒａｍ。 ［２］大连组合机床研究所．组合机床设计参考图册［Ｍ］．北 京：机械工业出版社，１９７５． ［３］甄秀仙．加工气缸盖镗床的设计［Ｊ］．组合机床与自动 化加工技术，２００９（８）：９４—９５． （编辑赵蓉） （上接第８６页） 业出版社，１９９１． 实现托盘准停功能；该结构布置灵活，占用空间小； 运动灵活，应用广泛、具有很强的通用性。同时结构 简单，便于生产、装配、调试、维护；且生产和维护成 本低。 ［参考文献］ ［１］曹运红．柔性制造系统、柔性制造单元和成组技术的发 展及其应用［Ｊ］．飞航导弹，２００４（５）：５９—６３． ［２］机械设计手册委员会．机械设计手册［Ｍ］．北京：机械工 ［３］龚桂义．机械零件课程设计图册［Ｍ］．北京：人民教育出 版社，１９８０． ［４］杨黎明，等．机械零件设计手册［Ｍ］．北京：国防出版社， １９８６． ［５］周建东．快速回转驱动装置的设计［Ｊ］．制造技术与机 床，２０１０（６）：１４５—１４６． ［６］孙永泰．自升式海洋平台齿轮齿条升降系统的研究［Ｊ］． 石油机械，２００４（１０）：２３—２６． （编辑李秀敏）